Нанопористое углеродное микроволокно для создания радиопоглощающих материалов

Изобретение относится к материалам для поглощения электромагнитных волн и может быть использовано для получения нанопористых углеродных микроволокон, предназначенных для создания эффективных неотражающих радиопоглощающих материалов, работающих в диапазоне от 50 ГГц до 4 ТГц. Заявляемое углеродное микроволокно для создания радиопоглощающих материалов выполнено в виде нанопористых углеродных микроволокон, в которых количество аморфной фазы составляет не более 0,1%, причем длина волокон лежит в пределах от 10 до 200 мкм, а поры с преимущественным распределением по диаметрам от 2 до 200 нм расположены ортогонально оси нанопористых углеродных микроволокон. Требуемый технический результат заключается в повышении поглощающей способности по отношению к электромагнитному излучению и расширении диапазона частот. 4 ил.

 

Изобретение относится к материалам для поглощения электромагнитных волн и может быть использовано для получения нанопористых углеродных микроволокон, предназначенных для создания эффективных неотражающих радиопоглощающих материалов, работающих в диапазоне от 50 ГГц до 4 ТГц.

Имеющиеся в настоящее время радиопоглощающие материалы (РПМ) основаны на способности преобразования падающего электромагнитного излучения в тепло. Для этого используют различные дисперсные металлические, графитовые и ферромагнитные порошки или волокна с требуемыми электродинамическими свойствами (величиной диэлектрической и магнитной проницаемости, электрических или магнитных потерь). В последнее время для этих целей используют также углеродные нанотрубки в различных сочетаниях с волокнистыми и порошковыми компонентами. Для создания радиопоглощающих материалов эти вещества (преимущественно с высокими диэлектрическими или магнитными потерями) формируют в объемные (пирамидальные, сетчатые) или многослойные структуры, которые обладают низким уровнем отражения радиоволн в заданном диапазоне частот.

Известен радиопоглощающий материал [EP 2411462, A1, H01Q 17/00, H05K 9/00, C08K 7/04, C08K 7/06, 24.03.2010], обеспечивающий работу в частотном диапазоне радарных устройств и состоящий из продолговатых углеродных частиц длиной от 50 до 1000 мкм при толщине от 1 до 15 микрон в количестве от 1,0 до 20 объемных % (в сухом состоянии) и распределенных в непроводящем связующем.

Углеродные частицы могут представлять собой размолотые углеродные волокна или нити, непроводящее связующее выбирают из различных видов полиуретана. Высокий уровень поглощения радиоизлучений обеспечивается в нем при отсутствии контакта между частицами графита, в противном случае возникает объемная электропроводность и материал становится экранирующим. Для управления рабочим диапазоном частот выбирают соответствующую толщину покрытия и значения действительной части диэлектрической проницаемости.

Известный материал имеет высокие значения действительной части диэлектрической проницаемости и высокие диэлектрические потери в высокочастотном (ВЧ) диапазоне.

Недостатком этого материала является относительно низкая поглощающая способность по отношению к электромагнитным излучениям.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному техническому решению является углеродный поглотитель электромагнитных излучений, который используется в материале для поглощения электромагнитных излучений (ЭМИ) [RU 00080959, U1, G01R 1/18, G12B 17/00, 27.02.2009], содержащем связующее вещество, причем поглотитель электромагнитных излучений выполнен на основе углеродных нанотрубок.

Известный материал для поглощения электромагнитных излучений применим, например, для камуфляжа летательных аппаратов от обнаружения их радиолокационными средствами в широком диапазоне частот (десятки и тысячи мегагерц) несущих электромагнитных излучений, а также для ослабления побочных электромагнитных излучений и наводок.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая поглощающая способность по отношению к электромагнитным излучениям и относительно узкий рабочий диапазон частот.

Задачей, которая решается в предложенном изобретении, является повышение поглощающей способности по отношению к электромагнитным излучениям и расширение рабочего диапазона частот.

Требуемый технический результат заключается в повышении поглощающей способности по отношению к электромагнитным излучениям и расширении рабочего диапазона частот, в котором материал проявляет свою эффективность.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что нанопористое углеродное микроволокно для создания радиопоглощающих материалов согласно изобретению выполнено в виде нанопористых углеродных микроволокон, в которых количество аморфной фазы составляет не более 0,1%, причем длина волокон лежит в пределах от 10 до 200 мкм, а поры с преимущественным распределением по диаметрам от 2 до 200 нм расположены ортогонально оси нанопористых углеродных микроволокон.

На изображениях представлены:

на фиг. 1 - изображение поверхности нанопористых углеродных волокон;

на фиг. 2 - распределение нанопористых микроволокон по длине, %, мкм;

на фиг. 3 - распределение размеров пор нанопористых микроволокон по длине, %, нм;

на фиг. 4 - спектр поглощения нанопористых микроволокон (зависимость коэффициента поглощения от частоты (ТГц).

Изготавливается и используется нанопористое углеродное микроволокно для создания радиопоглощающих материалов следующим образом.

Производится механическое измельчение рубленных углеродных волокон с диаметром от 5 до 20 мкм, например, в молотковой мельнице до получения распределения по длинам в диапазоне от 10 до 200 мкм (фиг. 2) с последующим травлением во вращающихся СВЧ-печах в кислородосодержащей среде при мощности СВЧ-поля от 200 до 2000 ВА в течение от 5 до 50 минут. Получаемые при этом поры имеют преимущественное распределение по размерам от 2 до 200 нм (фиг. 3) и благодаря использованию вращающихся СВЧ-печей расположены ортогонально оси углеродных волокон.

Полученное таким способом нанопористое углеродное микроволокно используется для создания радиопоглощающих материалов.

Экспериментально установлено, что использование волокон с меньшим диаметром, меньшей длиной и меньшими размерами пор приводит к повышенным технологическим трудностям при их изготовлении без ощутимой эффективности применения, а большие размеры, чем в указанном диапазоне, также не приводят к повышению эффективности использования.

Результаты экспериментальных исследований спектров поглощения нанопористых микроволокон представлены на фиг. 4. Из анализа графика следует, что предложенные нанопористые углеродные микроволокна эффективно поглощают радиоизлучение в широком диапазоне частот 0,05-4,0 ТГц, что подтверждает достижение требуемого технического результата, который заключается в повышении поглощающей способности по отношению к электромагнитным излучениям и расширении рабочего диапазона частот.

Нанопористое углеродное микроволокно для создания радиопоглощающих материалов, отличающееся тем, что оно выполнено в виде нанопористых углеродных микроволокон, в которых количество аморфной фазы составляет не более 0,1%, причем длина волокон лежит в пределах от 10 до 200 мкм, а поры с преимущественным распределением по диаметрам от 2 до 200 нм расположены ортогонально оси нанопористых углеродных микроволокон.